我国铁路快捷货车转向架悬挂系统特点分析

黄乾兴　王欢欢

摘 要：文章介绍了我国铁路快捷货车转向架悬挂系统的重要组成部分及主要特点，分析了快捷货车转向架一系和二系悬挂的关键技术以及设计标准和要求，为我国快捷货车转向架悬挂系统的设计提供一定的参考。

关键词：铁路快捷货车 转向架 悬挂系统

1 引言

随着信息时代的到来，我国快递、物流行业得到了迅速的发展，与此同时人们对铁路货运速度的要求也在不断提高，因此如何最大限度利用既有线路来发展我国的快捷货车成为一个亟待解决的问题。作为快捷货车的核心部件——转向架，转向架的性能将直接影响到货车的运行品质，而悬挂系统直接决定了转向架的关键性能，所以转向架的关键技术是悬挂系统。近几十年来，为了提高快捷货车对线路的适应性，满足国家提倡的绿色环保新要求，在原来铁路货车和动车组转向架运用经验的基础上，从21世纪初年开始，我国的科研人员也陆续研发了多种快捷货车转向架，并完成了相关性能和运行试验，如由齐轨道装备公司生产研发的160km/h快捷货车转向架和中车长江公司研制的160km/h快捷货车转向架；以及近期齐轨道装备公司研制的220km/h货车转向架等[1]。但随着重载快捷货车的发展，快捷货车转向架的悬挂系统出现了一些急需解决的问题，因为大量的研究表明，快捷货车的垂向平稳性与列车的速度有密切的联系，即速度越高列车的垂向平稳性越差。列车的垂向平稳性直接影响货物运输安全性和完整性，同时列车的平稳性也会影响轮轨之间的磨耗，从而影响铁道线路的养护和维修成本，导致其综合运营经济性不佳[2]，故快捷货车转向架的悬挂系统设计是保证列车安全平稳运行的关键。

2 快捷货车转向架悬挂系统的组成

根据国内外铁路快捷货车运用情况，如果运行速度超过120km/h，仅有一系悬挂的转向架基本不能满足运行要求。因此，配备两系悬挂成为快捷货车转向架的必然选择[3]。快捷货车转向架的一系悬挂主要由垂向液压减震器、轴箱等组成；二系悬挂系统的主要组成包括空气弹簧、空气弹簧下的橡胶堆、车体高度调整装置、纵向液压减振器等。

垂向液压减震器如图1所示，它主要是靠垂向液压减震器活塞杆的拉伸和压缩运动形成的液压阻尼力达到减振目的，无论活塞是上移或者是下移，油液都要通过节流孔和进流孔流动，其流动阻尼大小决定了减振器的减振性能。垂向液压减震器是利用液体的粘滞做功将车体的振动转化为热能，从而实现对振动的衰减，因此垂向液压减震器具有良好的垂向减振效果，是提高快捷货车运行垂向平稳性、和安全性的关键部件；轴箱如图2所示，轴箱装置是连接轮对与构架的活动关节，是约束轮对和构架相对运动的装置，其作用是把快捷货车的重量和载荷传递给转向架的轮对，并且可以润滑轮轴的轴颈，减少摩擦，降低运行阻力等。

空气弹簧（如图3）内部充有压缩空气，因此空气弹簧的刚度是可以控制和改变的，通过控制其内部的气压就可以调整二系悬挂系统的刚度，所以不管车辆装载了多少吨的货物，都可以按照实际情况来调整二系悬挂的刚度；橡胶堆不仅具有优越的承重功能，更兼具良好的垂向减振、纵向减振和横向减振功能；高度调整阀（如图4）可以根据货车不同的载荷情况来调节车体高度，保持车体距轨面的高度不变，始终保持车体处于水平状态，使快捷货车的地板面高度不受货物分布和重量的影响，从而改善快捷货车车体的倾斜和车辆的曲线通过性，保证车辆的运行安全，同时提高车辆的运行平稳性；纵向液压减振器又叫抗蛇形减震器，它可以将震动冲击能量通过各种阻尼形式变为热量散发，从而减轻车辆的蛇形运动，达到列车平稳运行的目的。

3 快捷货车两系悬挂的关键技术和设计要求

目前，我国大多数的快捷货车转向架基本是通过参考准高速或高速客车转向架研制的，所以一般快捷货车转向架的二系悬挂与高速客车类似。但快捷货车转向架相比传统的货车，普遍具有整体质量较轻、抗菱刚度较大等优点，图5为快捷货车两系悬挂系统的位置。

3.1 快捷货车悬挂关键技术的分析

由于我国快捷货车转向架基本参考的是准高速或高速客车转向架，所以快捷货车的关键技术特点一般和客车较为相似[4-6]：

（1）快捷货车转向架的悬挂系统要采用大挠度设计。

（2）为了满足其横向动力学性能，快捷货车转向架的二系横向刚度要小些。

（3）快捷货车转向架纵向力传递大部分采用纵向牵引拉杆模式。

（4）为了能够满足快捷货车空载和重载时的弹簧挠度，要将一系悬挂作为主悬挂。

（5）为了能够满足货车的横向动力学性能，快捷货车的二系悬挂系统的横向刚度要小，这是我国快捷货车速度能从120km/h提高到160km/h最核心的关键所在。

3.2 快捷货车悬挂系统的设计要求

通过分析我国快捷货车转向架的技术特点，可以得出其悬挂系统技术的总体思路为：

（1）要积极借鉴国内和国外相对成熟且先进的悬挂系统模式和研究方法，研究出具有自主知识产权且适合我们国情和线路条件的悬挂系统。

（2）科技货车转向架悬挂系统的研制，要以我国货车线路实际运行状况和管理要求作为前提。

（3）快捷货车转向架悬挂系统的研制，要满足货车空载和满载状态下的受力要求。

（4）为满足快捷货车的横向动力学要求，其转向架既要采用成熟的结构设计，二系横向的刚度又要尽可能小。

（5）快捷货车转向架的结构设计要以简单且可靠为主，但同时还要求其具有先进性和经济性。

（6）因為快捷货车转向架具有特殊性，所以其考核和验收应采用新的标准，不应与传统货车或者客车转向架悬挂系统的考核和验收标准相同。

通过对快捷货车悬挂系统的关键技术分析，结合其对悬挂系统的技术要求，归纳了快捷货车悬挂系统的特点（如表1所示）。

4 我国快速货车转向架技术的现状

在近几十年来，相比于国外的快捷货车转向架技术，我们的技术仍然有一定的差距。因此，加快快捷货车转向架摇枕、侧架、焊接构架、车轮、悬挂系统等关键零部件的可靠性研究是非常必要的。特别是要完善快捷货车转向架的悬挂系统设计和匹配。对于悬挂系统，确定科学合理的一系和二系悬挂参数，找到影响转向架性能的主要因素，进一步优化设计结构和材料，提高快捷货车的安全性和稳定性。与此同时，还应对新型材料、快捷货车的噪声问题等进行研究，以提高快捷货车的运行经济性，保证快捷货车长期运行中的稳定性，确保铁路货物运输的完整性和安全性。

4.1 新型材料的研究

目前我国快捷货车转向架使用的钢板材料一般为Q355NE钢材，该钢材具有较好的低温冲击性能和韧性，基本可以保证快捷货车转向架结构的稳定性和可靠性。但是由于我国幅员辽阔、地理环境复杂，通常情况下列车的使用条件和运营环境变化都比较大，这给列车运行造成了一定的安全隐患。为了解决这一问题，近几年我国研制了一种冲击性能和耐腐蚀性能更好的K-355NH耐候钢[1]。该钢材具有优质钢的韧性、延展性、成形性、焊接切割性、耐磨性、耐高温性和耐疲劳性等特点，可用于长期暴露在大气中的钢结构，如铁路、车辆、桥梁、铁塔、高速工程等，器特性基本可以满足快捷货车转向架对材料的要求。

4.2 噪声问题的研究

目前，我国对于快捷货车引起的噪声问题十分关注。从国内外大量的研究成果可以得出，列车引起的噪声与其速度有着十分重要的联系[7]。列车在较低速度（10～35km/h）时，产生的噪声主要为牵引噪声和机车的设备（如空调、压缩机等）噪声；当列车速度在35～250km/h之间时，主要为轮轨噪声；当列车运行速度超过250km/h时，气动噪声占主导地位，且随着列车速度的提高而迅速增大。目前快捷货运列车的速度一般不高于200km/h，因此在一定时期内，快捷货车噪声的主要来源将是轮轨噪声。为此我国科研人员也相应研制出了弹性车轮、阻尼车轮、声学优化车轮以应对轮轨噪声，并通过降低车轮踏面表面粗糙度、采用合成闸瓦、采用径向转向架、合理设计悬挂减振装置、采用盘形制动装置和轮缘润滑器等方式辅助减少轮轨之间的噪声。

5 总结

综上所述，在研究快捷货车转向架悬挂系统时，我们的科研人员可以向一些转向架悬挂系统技术较为发达的国家学习，适当借鉴国外快捷货车先进的悬挂技术和研发经验，同时结合我国的实际国情，不断对快捷货车转向架的结构和悬挂系统的匹配参数进行优化，并积极尝试研究比较新颖的悬挂方式，尽快地研发出属于我们国家的快捷货车转向架技术，早日生產出具有中国特色的快捷货车转向架，以实现重载货运强国的梦想，来引领世界快捷转向架悬挂技术的发展。

基金项目：柳州铁道职业技术学院校级项目资助：铁路快捷货车悬挂系统参数的优化及匹配性问题研究（项目编号：2022-KJB05）。

参考文献：

[1]段仕会，徐世锋，李立东，孔维刚，李智泽，穆凤军，邵文东.铁路快捷货车转向架关键技术研究[J].铁道车辆，2022，60（04）：69-73+77.

[2]翟鹏军，杨文朋，鹿中华.中国快捷货车转向架关键参数匹配性技术研究[J].科技与创新，2021（03）：85-86+89.DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2021.03.028.

[3]翟鹏军，杨文朋，鹿中华. 我国快捷货车转向架关键参数匹配性技术研究[C]//中国铁道学会车辆委员会，中国铁道学会轨道交通装备分会.中国铁路货运市场发展和多样化运输装备技术研讨会论文集.中国铁路货运市场发展和多样化运输装备技术研讨会论文集，2019：275-278.DOI：10.26914/c.cnkihy.2019.062070.

[4]韩正彦.快捷货车转向架动力学性能及疲劳分析[D].大连：大连交通大学，2019.DOI：10.26990/d.cnki.gsltc.2019.000415.

[5]杨晶，朴明伟，徐世锋，方吉，兆文忠.快捷货车转向架3大技术问题对策研讨[J].机车车辆工艺，2016（S1）：5-8.

[6]徐世锋，邵文东，胡海滨，张得荣，段仕会，刘新强，杜伟，赵增闯.国内外快捷货车转向架的技术现状及发展[J].铁道车辆，2015，53（12）：4-9+89.

[7]白文虽，刘明尚，于田.欧洲货车转向架低噪声技术研究[J].国外铁道车辆，2018，55（06）：12-15.